(57)【要約】  この船首構造は、バルバスバウの外殻部材が、加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工されることにより曲率が付与され、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２２０ＭＰａであり、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板からなる。
2011024715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルバスバウの外殻部材が、
加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工されることにより曲率が付与され、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２２０ＭＰａであり、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板からなる、
ことを特徴とする船首構造。
【請求項２】
前記バルバスバウの前記外殻部材を成す前記鋼板は、
前記加熱側の最高表面温度が６００℃以上で曲げ角度が１２０度となるまで線状加熱加工した場合、
前記線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）を非線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）で割って得られた降伏強度の比αが１．２以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の船首構造。
【請求項３】
前記バルバスバウを構成する前記外殻部材および内部構造部材について、船体長手水平方向に対して４５度以下の角度を有するＬ部材の降伏強度は、船体長手水平方向に対して４５度より大きい角度を有するＷ部材の降伏強度よりも低い、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の船首構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突時に自らが変形することにより衝突した相手側の船の損傷を防止できる緩衝効果を有し、これにより衝突安全性を向上させた船首構造に関する。
本願は、２００９年８月２４日に、日本に出願された特願２００９−１９３４７５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
現在の大型船は、航行時における波の抵抗によるエネルギーロスを少しでも軽減させるために、船首水線下にバルバスバウ（球状船首）を備えている。このバルバスバウに用いる曲率の大きな曲板を製造するために、その成形過程で、線状加熱による曲げ加工、すなわち線状加熱加工が多用されている。【０００３】
この線状加熱加工は、鋼板表面を、ガスバーナー等を用いて加熱側表面の最高到達温度が６００℃〜１１００℃程度になるように線状に局所加熱する加工方法である。この線状加熱加工では、加熱部分が熱膨張してその周囲からの拘束により塑性変形する現象を利用する。また、この線状加熱加工では、作業効率を高めるために加熱直後に水冷することが一般的に行われており、線状加熱加工後の鋼板は、加熱された部分に焼きが入り、局所的に降伏強度が上昇している。【０００４】
そのため、そのような曲板を用いたバルバスバウは、表面に沿った強度が不均一であり、変形しにくい。このようなバルバスバウを備えた船が他船に衝突した場合、例えば図１０Ａに示すように、自船２００の船首２００ａが他船２０１の船腹２０１ａに食い込んで船腹２０１ａを破壊、さらには破壊部位２０１ｂが拡大して船体に穴があく（船体が破口する）虞があった。【０００５】
従来、船の衝突安全性を向上させる手段（構造）としては、船殻の二重構造化など、主に船体構造の面から検討を行なっている。しかしながら、近年では、衝突時のエネルギー吸収性能に優れた鋼材を適用することが検討されている。【０００６】
その例として、下記特許文献１には、船側外板などに、従来の国際船級協会連合（ＩＡＣＳ）の統一規格材に比べて降伏応力σｙと一様伸びεｕとの積（σｙ×εｕ）を２０％以上増加させた鋼材、または引張試験において一様伸びεｕまでのエネルギー吸収量を２０％以上増加させた鋼材、または降伏応力σｙが同等以上で、かつ一様伸びεｕを２０％以上増加させた鋼材、を適用した船体構造が開示されている。この構成では、従来と変わらない船体構造のままでありながらも、船体に破口が生じるまでに吸収できるエネルギー量を増加させることが可能となっている。【０００７】
しかし、自船の船首が他船の船腹に衝突した場合には、たとえエネルギー吸収量が５０％以上向上した鋼板を他船が使用していても、自船の船首が変形しない場合は他船の船腹を貫通する虞がある。その場合は、上述の吸収エネルギー量の増加が期待できないという問題がある。【０００８】
このような問題に対して、自船の船首が他船と衝突した場合であっても、緩衝効果を発揮する船首部を設計することも検討されている。
例えば、下記特許文献２には、一般的な船体建造に用いられる鉄鋼材料よりも柔らかい材料を用いて船首部が建造され、柔構造を有する船首部が開示されている。
しかし、この特許文献２には、柔らかい材料として、大型船舶への適用が困難なアルミニウム材が示されているのみで、鋼材を用いて柔構造を得ることについては特に開示されていない。【０００９】
また、下記特許文献３には、バルバスバウにおける球状突起（バルブ部）の根本部の外板に、降伏応力が２３５ＭＰａ以下の低降伏点鋼からなる低強度部が設けられた船首構造が開示されている。この構造においては、根本部の横方向の曲げ強度を低下させて、船首部が衝突の反力で折れ曲がることにより、他船の船腹に衝突船の船首部が食い込むことが防止されている。【００１０】
この特許文献３では、バルバスバウの鉛直方向の強度は十分確保しつつ、バルバスバウの水平方向の構造強度を低下させることにより、図１０Ｂに示すように、衝突時にバルバスバウ３００ａの根元部３００ｂが船体幅方向に容易に変形して、衝突部３００ｃの接触面積を増大させる。この構造は、この接触面積の増大によって衝突船（自船）３００及び被衝突船（他船）３０１双方の破口（穴の発生）を防止する。しかしながら、根元部３００ｂの折れ曲がりは、低降伏点鋼を使用した部位の局所的な変形により生じており、根元部３００ｂの折れ曲がりによって、衝突エネルギーは、十分に吸収されない。【００１１】
また、バルバスバウ３００ａが折れ曲がることにより、自船３００と他船３０１とがより接近し、両者の距離が十分大きなエネルギー吸収を伴わずに小さくなる。その結果、図１０Ｂに示すように、衝突船３００の舳先部分３００ｄが被衝突船３０１に接触して被衝突船３０１の船腹３０１ａに貫入する場合があるので、衝突事故による損傷がさらに増大する可能性もある。
したがって、バルバスバウ３００ａが変形した後に、自船３００の舳先部分３００ｄと他船３０１の船腹とが接触するまでの間も、衝突エネルギーの吸収量を大きくする必要がある。
なお、図１０Ｂの点線部分は、衝突船３００が被衝突船３０１に衝突する前のバルバスバウ３００ａの位置を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−０８７３７３号公報
【特許文献２】特開平７−３２９８８１号公報
【特許文献３】特開２００４−３１４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、船首のバルバスバウの部分が、通常の加熱条件（加熱側の最高加熱温度：６００〜１１００℃）で線状加熱加工されて所定の曲率が付与された鋼板を用いて建造されている船舶において、船舶が衝突した際に、バルバスバウのバルブ部ができるだけ全体的に均一に変形し、変形時における大きなエネルギー吸収量を実現できる船首構造の条件を明らかにすることを目的とする。また、船体構造設計を変更することなく、衝突時に他船の損傷を効果的に防止できる緩衝効果を備えた船首構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、次のような船首構造とした。
（１）船首構造は、バルバスバウの外殻部材が、加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工されることにより曲率が付与され、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２２０ＭＰａであり、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板からなる。
（２）上記（１）に記載の船首構造では、前記バルバスバウの前記外殻部材を成す前記鋼板は、前記加熱側の最高表面温度が６００℃以上で曲げ角度が１２０度となるまで線状加熱加工した場合、前記線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）を非線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）で割って得られた降伏強度の比αが１．２以下である鋼板であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の船首構造では、前記バルバスバウを構成する前記外殻部材及び内部構成部材について、船体長手水平方向に対して４５度以下の角度を有するＬ部材の降伏強度は、船体長手水平方向に対して４５度より大きい角度を有するＷ部材の降伏強度よりも低くても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、バルバスバウを有する自船の船首が他船の船腹に衝突するような事態を起こした場合に、衝突船側（自船側）のバルバスバウのバルブ部側面がより均一に座屈変形することにより、衝突エネルギーを大きく吸収することができる。また、衝突エネルギーを吸収しながら衝突面がつぶれることで、被衝突船（他船）の損傷を極力低減できるようになり、これによって被衝突船の沈没や油流出による海洋汚染の予防に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】鋼板の降伏強度と試験温度との関係を示す図である。
【図２Ａ】線状加熱によって曲げ角度１２０度となるまで曲げ加工された鋼板を示す図である。
【図２Ｂ】線状加熱によって曲げ角度１２０度となるまで曲げ加工された上記鋼板から作製される試験片を示す図である。
【図３】鋼板の６００℃での降伏強度と鋼板の室温での降伏強度との比ＹＰ（ＡＲ，６００℃）／ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）と、αとの関係を示す図である。
【図４】線状加熱を受けた鋼板の座屈性を調べるための試験方法を説明する図である。
【図５】線状加熱を受けた鋼板に荷重を付加した場合の荷重の大きさＰとブロックの変位Δとの関係を示す図である。
【図６】図４に示した試験におけるＥＡ比（αが１．０の場合の吸収エネルギーとの比）とαの値との関係を示す図である。
【図７】船首構造と船側構造との衝突シミュレーションにおける船側の構造モデルを示す図である。
【図８】船首構造が船側構造に貫入した際に、貫入量とバルバスバウで吸収する相対エネルギー吸収能との推移を示す図である。
【図９】αと鋼板のエネルギー吸収能を基準例（α＝１）のときの鋼板のエネルギー吸収能で割ったエネルギー吸収能の比との関係を示す図である。
【図１０Ａ】船首構造に緩衝効果を有さない船が衝突した場合の衝突船と被衝突船それぞれの変形を示す模式図である。
【図１０Ｂ】船首構造に緩衝効果を有する船が衝突した場合の衝突船と被衝突船それぞれの変形を示す模式図である。
【図１０Ｃ】船首構造に本発明の緩衝効果を有する船が衝突した場合の衝突船と被衝突船それぞれの変形を示す模式図である。
【図１１Ａ】バルバスバウを有する船首の内部構造の概略を示す縦断面図である。
【図１１Ｂ】バルバスバウを有する船首の内部構造の概略を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、バルバスバウを有する船舶の船首が他船の船腹に衝突するような事故を起こした場合について十分に検討し、図１０Ｃに示すように、バルバスバウ１００ａのバルブ部分１００ｂがより均一に座屈変形をすることができれば、より多くの衝突エネルギーを吸収することができるという知見を得た。図１０Ｃに示すように、衝突船１００のバルバスバウ１００ａが座屈変形することによって、衝突による衝撃力は緩和される。その結果、被衝突船１０１の船腹１０１ａの局所的な破断や破損を回避でき、破口の発生を防止できる。なお、図１０Ｃの点線部分は、衝突船１００が被衝突船１０１に衝突する前のバルバスバウ１００ａの位置を示す。
【００１８】
バルバスバウのバルブ部は、前述のように線状加熱加工されて曲率が付与された鋼板を用いて構成されている。この線状加熱加工によって、鋼板の熱を受けた部分では降伏強度が高くなる。その結果、局所的に熱が付与された部分と付与されていない部分とで鋼板の降伏強度に不均一が生じている。
【００１９】
そのような鋼板を用いた場合、衝突の際に、バルバスバウは、不均一に変形する。そのため、その鋼板を用いた構造部材のエネルギー吸収能は、降伏強度が鋼板内部で均一である鋼板を用いた構造部材に比べて低下している懸念がある。よって、衝突の際に被衝突船の局所的な破断または破損を回避するために十分な量の衝突エネルギーの吸収量を期待できない可能性がある。
【００２０】
そのため、図１０Ｂのように曲げ変形により折れ曲がることを防止する必要がある。そこで、発明者らは、バルバスバウ１００ａが図１０Ｃのように船体長手水平方向に沿って均一に座屈する構造について検討した。
【００２１】
衝突時にバルバスバウが変形するためには、衝突方向である船体長手水平方向に沿って配置されている部材は、変形しやすい鋼材で構成されている必要がある。バルバスバウが均一に座屈するためには、船体長手方向に沿って配置されている部材の変形を船体長手方向に対して交わる方向に配置されている部材によって拘束して、バルバスバウの折れ曲りを防止することが有効である。
【００２２】
バルバスバウの形状および内部構造は、様々であるが、曲率を有する外殻部材と内部構造部材とにより構成される。さらに、この内部構造部材は、バルバスバウの骨格を形成し、一般的には、縦肋骨と横肋骨との組み合わせにより構成される。
【００２３】
図１１Ａおよび図１１Ｂにバルバスバウの構造の一例について概略を示す。バルバスバウを構成する内部構造部材１１１は、船体衝突方向である船体長手水平方向を基準に、船体長手水平方向に平行あるいは直角に配置されている複数の部材と、船体長手方向に対して所定の角度で配置されている一部の部材とによって構成されている。
【００２４】
具体的に、内部構造部材を構成している複数の部材は、船体長手水平方向に平行に配置されている部材あるいは直角に配置されている部材のいずれかに分類される。すなわち、バルバスバウを構成する内部構造部材１１１は、次のように定義されるＬ部材１１１ｂとＷ部材１１１ａとに分類される。Ｌ部材１１１ｂは、船体長手水平方向に対し、４５度以下の角度を有する部材である。また、Ｗ部材１１１ａは、船体長手水平方向に対し、４５度より大きい角度を有する部材である。
【００２５】
Ｌ部材１１１ｂは、衝突時に変形する部材であり、Ｗ部材１１１ａは、Ｌ部材１１１ｂの変形を拘束する部材である。Ｌ部材１１１ｂが変形するためには、Ｌ部材１１１ｂには、Ｗ部材１１１ａの降伏強度よりも低い降伏強度の鋼材を使用することが好ましい。その結果、Ｗ部材１１１ａがＬ部材１１１ｂに対して容易に変形してしまうことを防止することができる。
さらに、この構造により、単純曲げのようなＬ部材１１１ｂの局所変形を防止することができ、バルバスバウは、船体長手水平方向に沿って変形する。
同様に、外殻部材１１０についても、Ｌ部材とＷ部材とに分類することができ、Ｌ部材には、Ｗ部材の降伏強度よりも低い降伏強度の鋼材が使用されることが好ましい。このように、バルバスバウを構成する外殻部材および内部構造部材について、船体長手水平方向に対して４５度以下の角度を有するＬ部材の降伏強度は、船体長手水平方向に対して４５度より大きい角度を有するＷ部材の降伏強度よりも低くなるように設計されることが好ましい。
【００２６】
さらに、バルバスバウが均一に座屈変形するためには、外殻を構成する外殻部材１１０が蛇腹状に座屈変形する必要がある。加えて、外殻部材１１０は、均一に変形する必要があるため、線状加熱加工後も降伏強度が大きく変化しない鋼板を用いる必要がある。
以降は、Ｌ部材の降伏強度がＷ部材よりも低いことを前提として説明する。
【００２７】
バルバスバウの曲率を有する部位に、加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工して曲率を付与した鋼板を用いる場合に、線状加熱加工にともなう線状加熱部の降伏強度の変化ができるだけ小さい鋼板を用いることが望ましい。その結果、外殻部材１１０で吸収できるエネルギー量が増加するため、バルバスバウが十分な量の衝突エネルギーを吸収できる。線状加熱にともなう線状加熱部の降伏強度の変化をできるだけ小さくするためには、できるだけ少ない熱の付与で所定の曲率に加工できる鋼板が望ましい。
【００２８】
そこで、局所的な熱の付与による加工の容易さ（線状加熱加工特性）について検討するため、高温における鋼板の降伏強度を調べた。
室温での降伏強度は同一クラスの鋼材であるが、高温での降伏強度が異なる２種類の鋼Ａ、Ｂを用いて試料となる鋼板を作製した。これらの鋼板の高温での降伏強度の違いは、高温でも安定な微細析出物の含有量が異なるためである。これらの鋼板を用い、種々の温度で引張試験を実施した。
図１に鋼板の降伏強度と引張試験を実施した試験温度との関係を示す。各試験温度における降伏強度には、降伏点あるいは０．２％耐力の値を用いた。さらに、鋼板の降伏強度の代わりに、試験温度での測定値ＹＰ（ＡＲ，試験温度）を室温での測定値ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）で割った値を用いた。
【００２９】
図１に示されるように、試験温度が高くなると、ある温度において降伏強度がゼロとなる。その温度は、力学的溶融温度と定義されている。
最高到達温度が１０００℃程度の通常の線状加熱加工では、力学的溶融温度が線状加熱特性に影響を与えると考えられる。しかしながら、力学的溶融温度は、容易には測定できない。
【００３０】
図１より、鋼Ａ、Ｂとも力学的溶融温度より低い温度である６００℃における降伏強度の値が、力学的溶融温度に相関することが認められた。そのため、線状加熱による加工性を評価するための指標として６００℃における降伏強度に着目し、次のような実験を行った。
【００３１】
質量％で、Ｃ：０．１％、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：１．０％、Ａｌ：０．００５％を含有し、不純物としてのＰ、Ｓを、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下に制限した鋼に、高温強度を高めるＣｒ、Ｎｂの含有量を調整して、室温と６００℃における降伏強度を変化させた各種鋼板１を作製した。これらの鋼板１は、略正方形状であり、その寸法は、一辺約５００ｍｍかつ厚さ約１０ｍｍであった。なお、図１においても、同様の方法（鋼板組成及び寸法）で作製された鋼板が使用されている。図２Ａに示すように、曲げ角度が１２０度となるまでそれらの鋼板に線状加熱加工（加熱側の最高加熱温度１０００℃）を繰り返した。
【００３２】
曲げ加工された鋼板１の線状加熱を受けた部位（線状加熱部）２と線状加熱を受けていない部位（非線状加熱部）３とのそれぞれについて、図２Ｂに示すように線状加熱を行った側の鋼板表面から鋼板表面を含む試験片４を切り出し加工した。この加工によって、鋼板１の厚さの半分である板厚５ｍｍのＮＫＵ１号引張試験片（財団法人日本海事協会（ＮＫ；Ｎｉｐｐｏｎ  Ｋａｉｊｉ  Ｋｙｏｋａｉ）鋼船規則・同検査要領（Ｋ編  材料）で規定されているＵ１号試験片）を作製した。
各試験片について室温において引張試験を実施し、それぞれ降伏強度を求めた。室温での線状加熱部の降伏強度をＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）とし、室温での非線状加熱部の降伏強度をＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）とする。その比率αをα＝ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）／ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）として、線状加熱部と非線状加熱部との降伏強度の違いを評価した。また、非線状加熱部については、６００℃での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，６００℃）も求めた。
【００３３】
図３に、鋼板の線状加熱部と非線状加熱部との降伏強度の比αと、鋼板の６００℃での降伏強度と鋼板の室温での降伏強度との比ＹＰ（ＡＲ，６００℃）／ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）との関係を示す。
その結果、図３に示すように、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下では、線状加熱部と非線状加熱部の降伏強度の違いを示すαの値を１．２以下に抑制できた。
【００３４】
次に、鋼板を船首に使用した場合にバルバスバウが均一に座屈するためのαの条件について調べた。
αの値が異なる種々の鋼板（一辺約５００ｍｍかつ厚さ約１０ｍｍ）を用いて、上記と同様に作製された１２０度の曲げ角度を有する試験片を作製し、図４に示すように両端部をブロック５で拘束しながら一方から荷重Ｐを付与した。そのときの荷重の大きさとブロックの変位Δとの関係を測定した。αの値が１．０、１．１８、１．４である３個の試験片の測定例を図５に示す。
なお、α＝１．０の鋼板については、線状加熱加工を適用せず、機械的に曲げ加工を行って１２０度の曲げ角度となるようにした後、塑性変形の影響を排除するために降伏強度が変化しない程度の焼き戻し処理を行っている。
【００３５】
αが１．４の場合には、鋼板の線状加熱部の降伏強度が高いため、その領域のすぐ外側に歪みが集中した。その歪集中部で折れ曲がりが生じたため、荷重Ｐが十分に上昇することなく変位Δが大きくなった。したがって、図５に示すように、鋼板のエネルギー吸収能が低下した。
αが１．１８の場合には、鋼板は、αが１．０の場合と類似した荷重−変位曲線を示した。したがって、図５に示すように、その鋼板は、エネルギー吸収能が十分であった。
【００３６】
図５に示した荷重Ｐと変位Δとがなす面積（荷重曲線と変位軸とがなす面積）を吸収エネルギーＥＡ（ＴＰ）と定義し、αが１．０の時のＥＡ（ＴＰ）の値を基準値とした。そして、αとＥＡ（ＴＰ）との関係を図６に示した。この図より、鋼板のαが１．２以下であれば、加熱側の最高表面温度が６００℃以上の線状加熱加工によって鋼板に降伏強度が不均一な部分が形成されても、降伏強度が均一な鋼板の変形と同様に高いエネルギー吸収能が期待できる。したがって、加熱側の最高表面温度が６００℃以上で曲げ角度が１２０度となるまで線状加熱加工した場合に、αが１．２以下であることが好ましい。
【００３７】
以上の図３及び図６の結果から、６００℃以上の温度で線状加熱加工によってバルバスバウ用の曲率の付与された鋼板（曲板）を作製する際、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板を用いる。このような鋼板から上記αの値が１．２以下となるような曲板を作製すれば、その曲板は、曲板内の降伏強度の不均一性が小さくなる。このような曲板から構成されるバルバスバウは、衝突の際に均一に座屈することができ、大きな衝突エネルギー吸収能を発揮できることが認められた。
【００３８】
以上では、衝突船側の船首が均一に座屈変形するための鋼板の条件について説明した。衝突船側の船首が座屈変形するためには、基本的に、船首に使用する鋼板の降伏強度を被衝突船の降伏強度よりも小さくする必要がある。
しかし、船に使用する鋼板の降伏強度は、国際船級協会連合（ＩＡＣＳ）の統一規格を満たす必要がある。また、従来の内骨構造を有する船首構造で、鋼板には、波動衝撃に耐えられる強度が必要である。さらに、あまり鋼板の強度を低下させると変形時の大きなエネルギー吸収効果が期待できなくなる。
【００３９】
以上の点を考慮すると、鋼板の降伏強度は、１２０ＭＰａ以上である必要がある。また、バルバスバウが衝突時に確実に座屈変形するためには、鋼板の降伏強度が２２０ＭＰａ以下である必要がある。バルバスバウの座屈変形をさらに確実にするためには、２００ＭＰａ未満が望ましい。
したがって、線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ以上２２０ＭＰａ以下の鋼板をバルバスバウの曲率を有する部位（外殻部材）に使用する。このため、線状加熱加工によって曲率を付与された鋼板の線状加熱を受けていない部位（非線状加熱部）の降伏強度も上記と同様の降伏強度である。
【実施例】
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、実施例により、本発明の効果について具体的に説明する。【００４１】
船首構造に使用する鋼板として、表１に示す成分組成を有する一辺約５００ｍｍかつ板厚約１０ｍｍの鋼板を用意した。各鋼板について、室温の引張試験と６００℃の引張試験とを実施して、室温での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）と６００℃での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，６００℃）とを求めた。さらに、加熱側表面の最高加熱温度が１０００℃となる条件で、曲げ角度が１２０度となるまで各鋼板について線状加熱加工を繰り返した。これらの曲げ加工された鋼板の線状加熱を受けた部位から上記と同様の試験片を切り出した。すなわち、線状加熱部について切り出し加工を行って、線状加熱を行った側の鋼板表面を含むように鋼板の厚さの半分である板厚５ｍｍのＮＫＵ１号引張試験片（財団法人日本海事協会（ＮＫ；Ｎｉｐｐｏｎ  Ｋａｉｊｉ  Ｋｙｏｋａｉ）鋼船規則・同検査要領（Ｋ編  材料）で規定されているＵ１号試験片）を作製した。これらの試験片について室温での引張試験を実施し、それぞれ降伏強度ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）を求めた。【００４２】
表２に実施例１〜６の鋼板及び比較例１〜６の鋼板について、ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）、ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）、ＹＰ（ＡＲ，６００℃）と、それらの比率α＝ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）／ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）とβ＝ＹＰ（ＡＲ，６００℃）／ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）との値を示す。
実施例１〜６の鋼板は、ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）が１２０〜２２０ＭＰａで、αが１．２以下で、βが０．６以下であった。また、比較例１〜６では、βが０．６超であった。【００４３】
【表１】
2011024715.tif 000003
【００４４】
【表２】
2011024715.tif 000004
【００４５】
次に、表１、２の鋼板を用いてバルバスバウを構成した場合のエネルギー吸収能をシミュレーションにより求めた。
図７に、原油タンカーの船側構造の船体長手方向の中央部における１／４シミュレーションモデルを示す。船側構造におけるＢ−Ｂ’部に沿ってオイルカーゴ部分の仕切り構造に対応する横隔壁１２が配置されている。船側構造における衝突位置Ａ、Ｄをオイルカーゴ部分の中央位置に設定したので、衝突中心１３に対して船体長手方向にも対称なモデルとなる。Ｃ−Ｃ’部に沿う部分は、船体構造で最も重要な部材である舷側厚板部分１１である。また、Ａ−Ａ’部は、衝突位置の垂直方向を示し、Ｄ−Ｄ’部は、衝突位置の水平方向を示している。【００４６】
衝突により生じた変形が大きくなると、衝突部に近いＤ−Ｄ’部やＡ−Ａ’部だけでなく、衝突中心１３より離れたＣ−Ｃ’部にも塑性変形が生じる。そのため、船体構造の最重要部材である舷側厚板部分１１を塑性損傷する。その結果、鋼材の破壊抵抗が著しく低下して、船体構造に大規模な損傷を引き起こす危険がある。そこで、上記のモデルを用いて、衝突部分全体が変形して衝突した時のバルバスバウのエネルギー吸収能について計算した。尚、エネルギー吸収能は、本来、エネルギーを示す単位（Ｊ）で示されるが、数値計算のため、ここでは無次元化した値とした。【００４７】
図８に、実施例１、２と比較例１との鋼板を用いて構成したバルバスバウを備えた船首構造を、図７のモデルの船側構造に衝突させた際の、船首貫入量とバルバスバウの衝突時の相対エネルギー吸収能との関係を示す。船首貫入量は、バルバスバウが被衝突船の船側へ衝突後に船体長手水平方向に変形して貫入した量を示す。
実施例１及び実施例２は、いずれも船首構造に用いた鋼板のαが１．１８で、図１０Ｃのように変位する。実施例１では、バルバスバウの外殻部材の降伏強度は、船側構造で使用されている鋼材の降伏強度の５０％に当たる２００ＭＰａとした。実施例２では、バルバスバウの外殻部材の降伏強度は、船側構造で使用されている鋼材の降伏強度の５３．５％に当たる２１４ＭＰａとした。
比較例１に関しては、船首構造に使用されている鋼板の特性が表２に示す強度特性であると仮定した。
なお、シミュレーションに際しては、線状加熱した部分の降伏強度と線状加熱されていない部分の降伏強度との両方が２２０ＭＰａである条件での相対エネルギー吸収能の計算結果を基準例（ｒｅｆ）とした。実施例、比較例のそれぞれの相対エネルギー吸収能について基準例からの低下割合を表２のＥＡ／ＥＡ（ｒｅｆ）で示した。【００４８】
船首構造側の鋼板のαが１．２以下で、この鋼板の降伏強度が船側構造側の降伏強度よりも低い場合には、図１０Ｃに示すように船首構造が座屈する。そのため、実施例１は、船側構造との衝突面と外殻部材のエネルギー吸収量とが比較例１よりも増大するため、図８に示すようにエネルギー吸収能が飛躍的に向上する。実施例２の場合でも、衝突面積は、実施例１よりも小さくなるが、外殻部材のエネルギー吸収量が増加するため、比較例１よりもエネルギー吸収能が増大した。【００４９】
同様に実施例３〜６及び比較例２〜６の鋼板についても、図８に示した船首貫入量６ｍまでの相対エネルギー吸収能を計算した。表２に示すように、実施例３〜６の鋼板を用いた船首構造では、ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）が１２０〜２２０ＭＰａであり、βが０．６以下であるため、これらの船首構造は、十分なエネルギー吸収能を有していた。一方、比較例２〜６の鋼板を用いた船首構造では、ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）が２２０ＭＰａ超であったり、βが０．６超であったりするため、これらの船首構造は、実施例３〜６の鋼板に比べ、エネルギー吸収能が大きく低下していた。【００５０】
さらに、表２の情報を纏めて、図９にαとＥＡ／ＥＡ（ｒｅｆ）との関係を示した。図９に示すように、αが１．２より大きくなると、ＥＡ／ＥＡ（ｒｅｆ）は、大きく低下した。このエネルギー吸収能の大きな低下は、バルバスバウの変形モードが図１０Ｃから図１０Ａまたは図１０Ｂへと移行するためと考えられる。したがって、６００℃以上の線状加熱加工によって鋼板に降伏強度が不均一な部分が形成されても、バルバスバウの外殻部材にαが１．２以下である鋼板を用いることによって、高いエネルギー吸収能を有する船首構造を構成できる。【００５１】
以上のことから、船首構造に、降伏強度が１２０ＭＰａ以上２２０ＭＰａ以下であり、線状加熱加工前における６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板をバルバスバウの外殻部材に用いることにより、衝突時の船首側のエネルギー吸収能を増大させて、相手方の船の重大な損傷を防止できる。さらに、このような鋼板は、通常の加熱条件（６００℃以上）で線状加熱加工されて曲率を付与された後の線状加熱部と非線状加熱部の降伏強度の比αが１．２以下となる。そのような鋼板を外殻部材に用いた船首構造は、船体構造設計の変更を生じることなく、座屈変形による緩衝効果を備える。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
船体構造設計の変更を生じることなく、衝突時に相手方の船の損傷を効果的に防止できる緩衝効果を備えた船首構造を提供することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１    鋼板
２    線状加熱を受けた部位（線状加熱部）
３    線状加熱を受けていない部位（非線状加熱部）
４    試験片
５    ブロック
【図１】
2011024715.tif 000005
【図２Ａ】
2011024715.tif 000006
【図２Ｂ】
2011024715.tif 000007
【図３】
2011024715.tif 000008
【図４】
2011024715.tif 000009
【図５】
2011024715.tif 000010
【図６】
2011024715.tif 000011
【図７】
2011024715.tif 000012
【図８】
2011024715.tif 000013
【図９】
2011024715.tif 000014
【図１０Ａ】
2011024715.tif 000015
【図１０Ｂ】
2011024715.tif 000016
【図１０Ｃ】
2011024715.tif 000017
【図１１Ａ】
2011024715.tif 000018
【図１１Ｂ】
2011024715.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月30日(2011.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルバスバウの外殻部材が、
加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工されることにより曲率が付与され、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２２０ＭＰａであり、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板からなる、
ことを特徴とする衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造。
【請求項２】
前記外殻部材が、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２００ＭＰａ未満の鋼板からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造。
【請求項３】
前記バルバスバウの前記外殻部材を成す前記鋼板は、
前記加熱側の最高表面温度が６００℃以上で曲げ角度が１２０度となるまで線状加熱加工した場合、
前記線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）を非線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）で割って得られた降伏強度の比αが１．２以下である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造。
【請求項４】
前記バルバスバウを構成する前記外殻部材および内部構造部材について、船体長手水平方向に対して４５度以下の角度を有するＬ部材の降伏強度は、船体長手水平方向に対して４５度より大きい角度を有するＷ部材の降伏強度よりも低い、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、次のような船首構造とした。
（１）衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造は、バルバスバウの外殻部材が、加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工されることにより曲率が付与され、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２２０ＭＰａであり、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板からなる。
（２）上記（１）に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造では、前記外殻部材が、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２００ＭＰａ未満の鋼板であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造では、前記バルバスバウの前記外殻部材を成す前記鋼板は、前記加熱側の最高表面温度が６００℃以上で曲げ角度が１２０度となるまで線状加熱加工した場合、前記線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）を非線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）で割って得られた降伏強度の比αが１．２以下である鋼板であってもよい。
（４）上記（１）乃至（３）の何れか一項に衝突エネルギー吸収能に優れた記載の船首構造では、前記バルバスバウを構成する前記外殻部材及び内部構成部材について、船体長手水平方向に対して４５度以下の角度を有するＬ部材の降伏強度は、船体長手水平方向に対して４５度より大きい角度を有するＷ部材の降伏強度よりも低くても良い。
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月12日(2011.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルバスバウの外殻部材が、
加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工されることにより曲率が付与され、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２００ＭＰａ未満であり、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板からなる、
ことを特徴とする衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造。
【請求項２】
前記バルバスバウの前記外殻部材を成す前記鋼板は、
前記加熱側の最高表面温度が６００℃以上で曲げ角度が１２０度となるまで線状加熱加工した場合、
前記線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）を非線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）で割って得られた降伏強度の比αが１．２以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造。
【請求項３】
前記バルバスバウを構成する前記外殻部材および内部構造部材について、船体長手水平方向に対して４５度以下の角度を有するＬ部材の降伏強度は、船体長手水平方向に対して４５度より大きい角度を有するＷ部材の降伏強度よりも低い、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、次のような船首構造とした。
（１）衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造は、バルバスバウの外殻部材が、加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工されることにより曲率が付与され、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２００ＭＰａ未満であり、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板からなる。
（２）上記（１）に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造では、前記バルバスバウの前記外殻部材を成す前記鋼板は、前記加熱側の最高表面温度が６００℃以上で曲げ角度が１２０度となるまで線状加熱加工した場合、前記線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）を非線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）で割って得られた降伏強度の比αが１．２以下である鋼板であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に衝突エネルギー吸収能に優れた記載の船首構造では、前記バルバスバウを構成する前記外殻部材及び内部構成部材について、船体長手水平方向に対して４５度以下の角度を有するＬ部材の降伏強度は、船体長手水平方向に対して４５度より大きい角度を有するＷ部材の降伏強度よりも低くても良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
表２に参考例１〜３、実施例１〜３の鋼板及び比較例１〜６の鋼板について、ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）、ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）、ＹＰ（ＡＲ，６００℃）と、それらの比率α＝ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）／ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）とβ＝ＹＰ（ＡＲ，６００℃）／ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）との値を示す。
参考例１〜３、実施例１〜３の鋼板は、ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）が１２０〜２２０ＭＰａで、αが１．２以下で、βが０．６以下であった。また、比較例１〜６では、βが０．６超であった。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
【表１】
2011024715.tif 000020
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
【表２】
2011024715.tif 000021
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図８に、参考例１、２と比較例１との鋼板を用いて構成したバルバスバウを備えた船首構造を、図７のモデルの船側構造に衝突させた際の、船首貫入量とバルバスバウの衝突時の相対エネルギー吸収能との関係を示す。船首貫入量は、バルバスバウが被衝突船の船側へ衝突後に船体長手水平方向に変形して貫入した量を示す。
参考例１及び参考例２は、いずれも船首構造に用いた鋼板のαが１．１８で、図１０Ｃのように変位する。参考例１では、バルバスバウの外殻部材の降伏強度は、船側構造で使用されている鋼材の降伏強度の５０％に当たる２００ＭＰａとした。参考例２では、バルバスバウの外殻部材の降伏強度は、船側構造で使用されている鋼材の降伏強度の５３．５％に当たる２１４ＭＰａとした。
比較例１に関しては、船首構造に使用されている鋼板の特性が表２に示す強度特性であると仮定した。
なお、シミュレーションに際しては、線状加熱した部分の降伏強度と線状加熱されていない部分の降伏強度との両方が２２０ＭＰａである条件での相対エネルギー吸収能の計算結果を基準例（ｒｅｆ）とした。実施例、比較例のそれぞれの相対エネルギー吸収能について基準例からの低下割合を表２のＥＡ／ＥＡ（ｒｅｆ）で示した。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
船首構造側の鋼板のαが１．２以下で、この鋼板の降伏強度が船側構造側の降伏強度よりも低い場合には、図１０Ｃに示すように船首構造が座屈する。そのため、参考例１は、船側構造との衝突面と外殻部材のエネルギー吸収量とが比較例１よりも増大するため、図８に示すようにエネルギー吸収能が飛躍的に向上する。参考例２の場合でも、衝突面積は、実施例１よりも小さくなるが、外殻部材のエネルギー吸収量が増加するため、比較例１よりもエネルギー吸収能が増大した。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
同様に実施例１〜３及び比較例２〜６の鋼板についても、図８に示した船首貫入量６ｍまでの相対エネルギー吸収能を計算した。表２に示すように、実施例１〜２の鋼板を用いた船首構造では、ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）が１２０〜２２０ＭＰａであり、βが０．６以下であるため、これらの船首構造は、十分なエネルギー吸収能を有していた。一方、比較例２〜６の鋼板を用いた船首構造では、ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）が２２０ＭＰａ超であったり、βが０．６超であったりするため、これらの船首構造は、実施例１〜３の鋼板に比べ、エネルギー吸収能が大きく低下していた。
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月26日(2012.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、次のような船首構造とした。
（１）衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造は、バルバスバウの外殻部材が、加熱側の最高表面温度が６００℃以上で線状加熱加工されることにより曲率が付与され、前記線状加熱加工前において、室温での降伏強度が１２０ＭＰａ〜２００ＭＰａ未満であり、６００℃での降伏強度が室温での降伏強度の０．６倍以下である鋼板からなる。
（２）上記（１）に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造では、前記バルバスバウの前記外殻部材を成す前記鋼板は、前記加熱側の最高表面温度が６００℃以上で曲げ角度が１２０度となるまで線状加熱加工した場合、前記線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＬＨ，ＲＴ）を非線状加熱部の室温での降伏強度ＹＰ（ＡＲ，ＲＴ）で割って得られた降伏強度の比αが１．２以下である鋼板であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の衝突エネルギー吸収能に優れた船首構造では、前記バルバスバウを構成する前記外殻部材及び内部構成部材について、船体長手水平方向に対して４５度以下の角度を有するＬ部材の降伏強度は、船体長手水平方向に対して４５度より大きい角度を有するＷ部材の降伏強度よりも低くても良い。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
【表１】
2011024715.tif 000022
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
【表２】
2011024715.tif 000023
【国際調査報告】
2011024715.tif 000024
2011024715.tif 000025
2011024715.tif 000026
2011024715.tif 000027